一种硅基微波介质陶瓷温频特性调控剂

本发明属于微波介质陶瓷，更具体地，涉及一种硅基微波介质陶瓷温频特性调控剂。

背景技术：

1、随着5g技术及以毫米波通信技术为代表的移动通讯技术的发展，对电介质材料的微波介电性能要求越来越高，即实际要求其具有低相对介电常数(εr)以提高器件的信息传输速率、低的高频介电损耗(tanδ)以增强其选频性和降低能耗、近零的谐振频率温度系数(τf)保证谐振频率和信号传输时的工作稳定性。硅基微波介质陶瓷由于一般具有低的介电常数、低的介电损耗、同时原料价格低廉，环保，工艺简单，是微波介质陶瓷领域研究的热点。但硅基微波介质陶瓷的τf一般为负值，在实际使用中需要将τf调节至近零(|τf|≤10ppm/℃)才可以实际使用。传统的调控剂一般为ti基调控剂，实际使用中容易与基体材料发生反应生成第二相、在还原气氛下烧结容易产生ti4+离子的变价进而导致介质失效，同时调控剂往往具有较高的介电常数，与基体材料复合后容易使得εr显著升高。

2、钾芒硝型结构硅酸盐化合物a3mgsi2o8(a＝ba、sr)具有低廉的成本、良好的发光性能和优异的微波介电性能受到广泛关注。zhou等(yinghan he,xiaoli wei,guoqiang he,et al.sintering behavior,phase composition,microstructure,and dielectricproperties of low-permittivity alkaline earth silicate sr3mgsi2o8 ceramics[j].journal of materials science:materials in electronics,2022,33(35):26263-26275)研究发现sr3mgsi2o8在1450℃烧结后表现出了优异的微波介电性能，εr＝11.06,qf＝25,375ghz,τf＝-57.41ppm/℃。但目前的研究中，该材料的τf均为较大的负值，频率温度稳定性较差，无法满足实际使用的需要。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种硅基微波介质陶瓷温频特性调控剂，其中通过对材料的组成进行改进，得到的(baxsrycaz)3mgsi2o8材料(其中，0＜x＜1，0≤y＜1，0≤z＜1，且x+y+z＝1；并且，当z＝0时，0.25≤x≤0.75，0.25≤y≤0.75；当z≠0时，0.33≤x≤0.34，0≤y≤0.66)，具有介电常数低，介电损耗低，谐振频率温度系数可调的特点，尤其可作为微波介质陶瓷温频特性调节剂。本发明能够有效代替目前的ti基调节剂并改善ti基调控剂容易与基体发生反应、造成基体介电常数升高、难以满足还原气氛下烧结的技术难题，得到的(baxsrycaz)3mgsi2o8材料是一类新型的硅基微波介质陶瓷温频特性调控剂，能够通过添加从而调节陶瓷体系整体的谐振频率温度系数(例如，尤其可以使陶瓷体系整体获得近零的谐振频率温度系数)，当然，该微波介质陶瓷温频特性调节剂也可以作为微波介质陶瓷材料独立使用，调控作用强，在工业上具有极大的价值。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种微波介质陶瓷材料作为微波介质陶瓷温频特性调节剂的应用，其特征在于，微波介质陶瓷材料的化学式为(baxsrycaz)3mgsi2o8，其中，0＜x＜1，0≤y＜1，0≤z＜1，且x+y+z＝1；并且，当z＝0时，0.25≤x≤0.75，0.25≤y≤0.75；当z≠0时，0.33≤x≤0.34，0≤y≤0.66；

3、该微波介质陶瓷材料能够通过添加从而调节陶瓷体系整体的谐振频率温度系数。

4、作为本发明的进一步优选，(baxsrycaz)3mgsi2o8中，0.25≤x≤0.75、0.25≤y≤0.75且z＝0。

5、作为本发明的进一步优选，所述微波介质陶瓷材料是在空气或还原气氛下烧结得到的。

6、按照本发明的另一方面，本发明提供了一种微波介质陶瓷材料作为微波介质材料的应用，其特征在于，微波介质陶瓷材料的化学式为(baxsrycaz)3mgsi2o8，其中，0＜x＜1，0≤y＜1，0≤z＜1，且x+y+z＝1；并且，当z＝0时，0.25≤x≤0.75，0.25≤y≤0.75；当z≠0时，0.33≤x≤0.34，0≤y≤0.66；

7、该微波介质陶瓷材料的相对介电常数εr∈[13.67，15.80]，品质因数qf∈[10938，24862]ghz，谐振频率温度系数τf∈[8，235]ppm/℃。

8、作为本发明的进一步优选，(baxsrycaz)3mgsi2o8中，x、y、z均位于[0.33，0.34]区间；相应的，微波介质陶瓷材料的相对介电常数εr∈[15.64，15.80]，品质因数qf∈[10938，15998]ghz，谐振频率温度系数τf∈[8，10]ppm/℃。

9、按照本发明的又一方面，本发明提供了一种微波介质陶瓷材料，其特征在于，化学式为(baxsrycaz)3mgsi2o8，其中，0＜x＜1，0≤y＜1，0≤z＜1，且x+y+z＝1；并且，当z＝0时，0.25≤x≤0.75，0.25≤y≤0.75；当z≠0时，0.33≤x≤0.34，0≤y≤0.66；

10、该微波介质陶瓷材料的相对介电常数εr∈[13.67，15.80]，品质因数qf∈[10938，24862]ghz，谐振频率温度系数τf∈[8，235]ppm/℃。

11、作为本发明的进一步优选，(baxsrycaz)3mgsi2o8中，x、y、z均位于[0.33，0.34]区间；相应的，微波介质陶瓷材料的相对介电常数εr∈[15.64，15.80]，品质因数qf∈[10938，15998]ghz，谐振频率温度系数τf∈[8，10]ppm/℃。

12、通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下

13、有益效果：

14、(1)本发明中的微波介质陶瓷材料(baxsrycaz)3mgsi2o8，(其中，0＜x＜1，0≤y＜1，0≤z＜1，且x+y+z＝1；并且，当z＝0时，0.25≤x≤0.75，0.25≤y≤0.75；当z≠0时，0.33≤x≤0.34，0≤y≤0.66)，具有介电常数低、介电损耗低、谐振频率温度系数可调等优势；既可以单独作为微波介质陶瓷应用，也可以作为微波介质陶瓷温频特性调节剂。

15、(2)本发明首次报道了一种新型微波介质陶瓷温频特性调节剂(baxsrycaz)3mgsi2o8，通过离子取代与结构调控，其谐振频率温度系数可以在8～235ppm/℃之间调节。例如，通过引入上述调节剂可以将大多数微波介质陶瓷谐振频率温度系数调至近零(一般来说，τf值在[-15，15]区间即可视为近零，在具体应用中τf绝对值越小越好)，可以根据实际需要合理设计调节剂组分。基于本发明，尤其可以得到0.25≤x≤0.75、0.25≤y≤0.75且z＝0的(baxsrycaz)3mgsi2o8微波介质陶瓷温频特性调节剂，此时，材料的谐振频率温度系数τf不低于60ppm/℃，作为调节剂应用时，可以极大的调节介质材料的温度稳定性，取得更优的调节效果(例如，在调节剂添加占比保持固定的情况下，调节剂自身的谐振频率温度系数τf越大，调节后材料整体的谐振频率温度系数τf也越大，调节效果更好)。

16、本发明发明人前期研发得到了一种抗还原的微波介质陶瓷温频特性调节剂(可参见中国专利申请cn202311283653.0)，其化学式满足(ao)3(bo)(xo2)2，其中，b＝mnhmgk，且0.6≤h≤1(也就是说，b位必需要有mn元素)。该材料组分未经取代时，其本体即为一种性能优良的温频特性调控剂。而本发明重点关注的是a位元素，通过组分设计调控a位元素(即，a＝baxsrycaz，其中，0＜x＜1，0≤y＜1，0≤z＜1，且x+y+z＝1；并且，当z＝0时，0.25≤x≤0.75，0.25≤y≤0.75；当z≠0时，0.33≤x≤0.34，0≤y≤0.66)，利用多组分固溶的方法得到了(baxsrycaz)3mgsi2o8，本发明极大扩展了微波介质陶瓷温频特性调节剂的种类与相应的材料设计方法。

17、(3)本发明提供的新型微波介质陶瓷温频特性调节剂原料易得，不含变价元素，工艺稳定，可以满足多种气氛下的烧结。同时介电常数低，介电损耗低，较传统调节剂有明显的优势，可以广泛应用于滤波器介质材料、ltcc、bme-mlcc(贱金属内电极陶瓷电容器)等领域。以bme-mlcc应用为例，bme-mlcc必须在还原气氛中进行烧结，所以要求介质材料在还原气氛下烧结后仍具有良好的微波介电性能(如同中国专利申请cn202311283653.0所详细说明的)。如后文实施例3与实施例8所示例的，其制备的均是(ba0.5sr0.5)3mgsi2o8材料，实施例3使用的烧结气氛是空气，实施例8使用的烧结气氛是还原气氛，但两者的性能εr、qf、τf均无明显衰减(某些参数甚至更优)。实施例7与实施例9也同理。

18、(4)本发明中的(baxsrycaz)3mgsi2o8同样可以作为微波介质材料应用，扩展微波介质材料种类。x、y、z选值尤其可以为均位于[0.33，0.34]区间(例如，x＝y＝z)，此时，材料的谐振频率温度系数τf非常接近于0，可以作为一种温度稳定的微波介质材料直接应用。

19、综上，本发明提出了一种新型的硅基微波介质陶瓷，其具有可调节的τf，尤其可以作为一种新型的微波介质陶瓷以及与第二相复合作为微波介质陶瓷温频特性调控剂使用。